"Lo sviluppo di batterie innovative sta accelerando con ritmi nuovi."

Professor Fichtner, nessun componente è così fondamentale in un'auto elettrica come la batteria di accumulo. Qual è la batteria migliore per questo campo di utilizzo?
Una batteria che combina le migliori caratteristiche in fatto di capacità di accumulo, ricarica rapida, costi ridotti, sicurezza e sostenibilità. Quale sia esattamente dipende dal veicolo e dal suo campo di applicazione. Nella classe premium, è fondamentale garantire un livello di autonomia maggiore. Nel segmento compatto, una batteria dovrebbe essere molto più economica, e non è necessario che offra una capacità di accumulo così elevata.

Lo spazio per la batteria in un veicolo elettrico è limitato. Come dev'essere strutturato il sistema della batteria affinché offra più capacità di accumulo a parità di dimensioni?
Alcuni produttori lavorano con il cosiddetto "Cell-to-Pack-Design", detto anche "Cell-to-Body-Design". Detto con parole più semplici, i pacchi batterie non sono più realizzati con celle della dimensione di una tavoletta di cioccolato, ma della dimensione di un'asse. Queste unità di maggiori dimensioni presentano meno materiale di imballaggio, e offrono più spazio per il materiale di accumulo effettivo e raggiungono una densità di integrazione superiore al 70%, mentre le batterie normali solo del 50%. I produttori di auto elettriche che aspirano a sviluppare autonomamente le batterie possono considerare questi progressi tecnologici nel design e concentrarsi su come costruire le celle nel minor spazio possibile mantenendo dimensioni importanti, piuttosto che focalizzarsi sulla singola cella.

Quali progressi raggiungeranno le batterie nei prossimi anni?
Ci aspettiamo progressi repentini. Per il 2023 sono state annunciate le prime batterie di due produttori cinesi, che dovrebbero offrire autonomie di oltre 1000 chilometri. Allo stesso tempo, si dovrebbe riuscire a caricare un'autonomia di 700 chilometri in meno di dieci minuti. Anch'io, in quanto ricercatore, sono sorpreso da questa dinamica e non nascondo che sarebbe un grande passo avanti per la tecnologia.

La potenza assorbita viene spesso trascurata. Che relazione c'è tra ricarica e tecnologia della batteria?
Sì, è vero, perché quand'è che si fanno 600 chilometri tutti insieme? Per cui l'importante, per le batterie di grandi dimensioni, è che garantiscano una carica rapida. Questo è il punto. Quando si carica la batteria del proprio veicolo elettrico dal 10 all'80% in dieci minuti, non c'è più nulla che giochi a favore del motore a combustione. Vi sono materiali che si caricano più velocemente, e alcuni che si caricano più lentamente. Dal punto di vista tecnico, gli ioni di litio all'interno della batteria si spostano dal polo positivo al polo negativo durante la ricarica, dove devono depositarsi.

Al momento, sul polo negativo si utilizza una struttura in grafite a strati. Alcuni produttori di batterie già mirano ad utilizzare qui materiali compositi di silicio e carbonio, poiché molto più veloci da caricare, anche a basse temperature. Solo con il cambiamento di materiale sul polo negativo, la cella complessiva aumenterà del 30% la sua capacità di accumulo. Tra l'altro, se si desidera caricare una batteria da 60 kWh in dieci minuti, è necessaria una presa di ricarica con una potenza di 360 kW. Questo dimostra che al momento la limitazione deriva sempre meno dalla batteria stessa, quanto piuttosto dall'infrastruttura di ricarica.

Nel caso di uno smartphone, con un utilizzo frequente la capacità della batteria si riduce notevolmente dopo due-tre anni. Qual è la durata di una batteria di un veicolo elettrico?
La batteria dello smartphone è realizzata in modo diverso, ed è concepita considerando che si sostituisca lo smartphone ogni tre anni. In un'auto, il controllo della batteria è molto più intelligente e la batteria viene protetta in svariati modi, ad esempio con una gestione intelligente della ricarica, dal surriscaldamento e da altri fattori dannosi. Ricerche condotte sui veicoli più recenti mostrano che, dopo cinque anni, la capacità residua della batteria è ancora del 95%. La batteria di trazione di un veicolo elettrico è progettata per poter effettuare 2000 cicli completi. Ad esempio: 2000 per 500 chilometri di autonomia fanno un milione di chilometri. Dopo questi 2000 cicli completi, la batteria raggiunge una soglia dell'80% di capacità residua, che vale come criterio per la fine della "vita" della batteria. Tuttavia, la batteria non è ancora finita e può durare ancora per molto: ad esempio, può essere utilizzata con ottimi risultati in sistemi di accumulo fissi di impianti fotovoltaici od eolici ancora per una decina d'anni.

In tutto il mondo stanno nascendo "gigafactory" per la produzione di batterie. Le materie prime necessarie per produrre le batterie basteranno a livello globale per la produzione di celle, negli anni e nei decenni a venire?
Dalla quantità esistente, sì. Tuttavia, le capacità di produzione non sono state ancora adeguate al forte aumento del fabbisogno, e di conseguenza, in alcuni settori potranno verificarsi dei colli di bottiglia. Noi ricercatori cerchiamo di prendere delle contromisure, cercando di mettere totalmente al bando il cobalto per la produzione di nuove batterie e sostituendo in parte il litio con il sodio in futuro, il che ridurrà notevolmente la possibile carenza di materie prime. Solo in Germania, sono attualmente in programma undici gigafactory per la produzione di batterie. La domanda fondamentale da porsi è: queste gigafactory producono solo le celle, oppure si occupano dell’intero sistema?

In questo contesto, quanto sono importanti i processi di riciclaggio delle batterie usate?
Molto importanti. Si stima che a partire dal 2034 circa, la metà delle materie prime necessarie proverrà da processi di riciclaggio. Attualmente vi sono in Europa 38 imprese di riciclaggio di batterie che sviluppano nuove procedure e stanno ampliando le loro capacità. Quando grandi quantità di veicoli elettrici entreranno nel processo di riciclaggio a metà degli anni 2030, dovranno essere preparate.

La batteria rappresenta gran parte del costo di un veicolo elettrico. Cosa si può fare per ridurre questi costi?
È necessario utilizzare materie prime più economiche, quindi materiali grezzi, che siano comuni, disponibili in tutto il mondo e semplici da estrarre. Inoltre, la produzione deve sviluppare nuove procedure per risparmiare tempo ed energia. Oltre al passaggio a materiali più sostenibili, la riduzione dei costi è la maggior tendenza nella produzione di batterie. Questo si applica ovunque: meno ingombro, meno consumo di energia, meno tempo necessario. Ci sono molti fattori da considerare e, al momento, lo sviluppo di batterie innovative sta accelerando con ritmi nuovi.